海洋温差发电中的流体力学问题

疆，温差能装置可以提供方便的电力和淡水。

目前日本在海洋能开发利用方面十分活跃，专门成立了海洋温差发电研究所，并在海洋热能发电系统和热交换器技术领域领先美国。佐贺大学(Saga University)作为海洋能源研究的先导者之一，是在日本政府资助下于2003年建成了世界上第一所专门从事海洋能源相关研究的开放式海洋能源研究中心(IOES)。海洋温差发电作为该研究中心的核心研究方向，多年来一直在同世界上许多国家开展广泛的国际合作研究。

海洋温差发电的各单元由管路相连，内部的工作介质为水和氨的混合物。工作介质在蒸发器中被海洋表层的温暖海水所汽化，进入蒸汽透平机而发出电力；离开透平机的蒸汽进入冷凝器被海洋深层的低温海水所冷却重新变成液态，再进入蒸发器，如此循环往复。该系统中有三个关键问题直接关系到发电效率，即系统循环方式、工作介质的选择及其热力学性质以及换热器的性能。目前该发电系统采用的换热设备是以钛合金为材料制造的板式换热器。在目前的研究进展水平下，温差发电测试系统的发电效率只达到30%左右。因此，若使海洋温差发电技术达到实际应用的水平，还有相当长的路要走。

强化板式换热器内的热量传递过程无疑有助于整个发电系统效率的提高，而这其中蕴涵着大量的流体力学问题。例如通过改进换热器流体通道的形状破坏传热边界层、设计易于产生流动分离的形状组合以及充分利用二维通道的自持振动产生脉动流场强化流动混合等等。这些手段都可以有效的提高热量传递速率。

自2005年开始的四年多来，我系流体力学研究室结合所从事的研究领域与IOES开展了紧密的共同研究合作，利用IOES先进的实验设备，对作为板式换热器基本单元的具有不同几何形状的二维凹槽流路内的流动特性进行了全面的实验研究。相关的研究结果为高效板式换热器的进一步改进提供了重要的参考。

海洋温差发电有可能成为解决全球变暖和缺水这些21世纪最大环境问题的有效手段，联合国已决定对该项研究进行普及。尽管面临高成本等许多问题，但海洋温差发电作为下一代海洋清洁能源引人注目。

流体力学研究室
2009年12月12日